Firma VÚTS, a. s., která se může
pochlubit více než šedesátiletou
tradicí, se zabývá výzkumem,
vývojem, konstrukcí a výrobou
strojů a zařízení v oblasti obráběcí, polygrafické,
potravinářské a sklářské techniky
a textilních strojů. Další oblastí je
automatizace, vývoj, konstrukce a stavba
speciálních jednoúčelových strojů,
manipulátorů, dopravníků, mon tážních
stanic a testovacích zařízení. Expertní
a projekční činnost VÚTS se vyznačuje
nabídkou komplexního souboru služeb
od konstrukčního návrhu a výpočetního
ověření až po výrobu funkčních modelů
a prototypů, zajištění sériové výroby
resp. realizací kompletního technologického
celku.
S podporou Evropské unie v rámci
Operačního programu výzkum a vývoj
pro inovace realizuje VÚTS, a. s, v průmyslové
zóně Sever v Liberci projekt
„Centrum rozvoje strojírenského
výzkumu Liberec (CRSV)“. Práce
byly zahájeny v roce 2009 a počátkem
letošního roku byla ukončena realizace
stavební části, v současné době probíhá
vybavování novými technologiemi.
Zahájení plného provozu je plánováno
od počátku roku 2013.
Nové centrum bude zaměřeno zejména
na oblasti, u kterých očekáváme
v příštím desetiletí rozhodující
význam pro rozvoj strojírenství:
• Snižování energetické náročnosti
strojů
• Zvyšování produktivity strojů
• Ekologické aspekty – snižování hluku
a vibrací
• Využití nových materiálů – zejména
kompozitů, materiálů s pamětí atd.
• Využití mechatronických aplikací
– synergie mechanických a elektronických
prvků
• Automatizace procesů a zařízení
Velmi významnou oblastí budoucího
působení CRSV je oblast měření a analýzy
strojů a zařízení a zejména snižování
hluku a vibrací. Do této oblasti,
které se již nyní intenzivně věnujeme,
byly v rámci projektu CRSV naplánovány
investice v řádech desítek milionů
korun do stavebního, přístrojového
a výpočetního vybavení tak, aby byl
výrazně posílen potenciál pro aplikačně
orientovaný výzkum a vývoj.
K výraznému zvýšení stávající technologické
úrovně dojde zejména díky
investicím do následujících oblastí:
DYNAMICKÁ ZKUŠEBNA ?? MĚŘENÍ
DYNAMICKÝCH VLASTNOSTÍ
Dynamická zkušebna je řešena pro
precizní dynamická proměření pracovních
mechanismů strojů, celých strojů
i rozměrných zařízení. Je vybavena pro
měření a analyzování vlastností a parametrů
mechanismů, vlastností řízených
servopohonů, pro měření celkových
úrovní a odhalování hlavních zdrojů vibrací
a hluku, pro měření přenosových
a útlumových charakteristik kmitajících
soustav, pro provádění experimentální
modální analýzy (vlastní tvary kmitů)
a zjišťování provozních tvarů kmitů,
pro speciální metody porovnávání
experimentálně zjištěných vlastností
s vypočtenými apod. Nejúčinnější metodou
snižování hladin vibrací a hluku
je odstranění příčiny vibrací, např. výpočetně-
experimentální optimalizací
mechanismů, vyvažováním, modálním
přelaďováním soustav, prediktivním
modelováním dynamické odezvy apod.
K tomu bude dynamická zkušebna vybavena
vícekanálovými měřicími analyzátory,
měřicími a vyhodnocovacími
SW, nejrůznějšími snímači, řízenými
elektrodynamickými vibrátory a dynamometry,
které vedle výzkumného použití
je možné použít i pro zrychlené zátěžové
zkoušky např. částí strojů. Bude
tak možné všechny výstupy kvalitně
proměřit a prověřit v souladu s normalizovanými
postupy a s legislativou.
TEPELNÁ ZKUŠEBNA ?? TEPLOTNÍ
ZÁVISLOSTI A VLASTNOSTI
Přesné výrobní stroje mnohdy pracují
v neklimatizovaných prostorách nebo
při extrémních změnách provozních
teplot. Úlohou tepelné zkušebny s regulovanými
změnami teplot v rozsahu
+5 °C až +40 °C je analyzování vlivu
okolních teplot na přesnost hlavně obráběcích
strojů. Bude možné souhrnně
zkoumat vlivy prostředí a provozního
oteplování, navrhovat teplotní korekce
a vyhodnocovat účinnost již instalovaných
korekcí. Zkušebna je vybavena
40kanálovým měřicím analyzátorem
teplot, kvalitní termokamerou a přístroji
pro přesná délková měření.
POLOBEZODRAZOVÁ
A DOZVUKOVÁ KOMORA
?? MĚŘENÍ A ANALÝZA ZDROJŮ
HLUKU
K významnému zkvalitnění a rozšíření
činnosti přispívá stavebně náročná
polobezodrazová komora a dozvuková
komora. Šíření hluku a hlukové pole
v okolí objektu silně závisí na prostředí,
ve kterém je zdroj hluku provozován.
Proto je pro výzkumné práce vhodné
dosáhnout ideálních podmínek měření
bez nutnosti použití korekcí, které snižují
přesnost. Speciální akustické laboratoře
poskytují prostor blízký ideálním
podmínkám, na kterých jsou založeny
také legislativní předpisy. Všechna výzkumná
a hygienická měření – měření
hladin akustického tlaku a intenzity
zvuku, mapování zvukových polí, stanovení
akustických výkonů a měření
akustické pohltivosti a dozvuku materiálů
se provádějí špičkovými přístroji
a vyhodnocovacími programy. Pro analýzu
hlukové emise strojů budou k dispozici
nejnovější metody identifikace
zdrojů hluku využívající mikrofonních
polí (akustická holografie, beamforming
apod.).
HIGH SPEED CAMERA ?? ŘEŠENÍ
ÚLOH S RYCHLÝM VIDEEM
Pro pohybovou analýzu je mnohdy
jediným prostředkem použití rychlostní
videokamery. K dispozici bude kamera
s rychlostí snímání až 1 mil. snímků za
sekundu. Rozvíjena bude dynamická
analýza obrazu synchronizovaná s dalšími
naměřenými vhodnými fyzikálními
veličinami, např. silami, zdvihy,
zrychleními, tlakem, úhlem pootočení,
úhlovou rychlostí apod. Naměřené průběhy
se potom zobrazují a analyzují
synchronně s obrazovým záznamem.
Toto spojení přinese v mnoha případech
řadu poznatků, které nebylo možné dosud
realizovat. Pokročilé metody analýzy
obrazu, identifikace vzorů a pohybů
a počítačového vidění umožní detailnější
zpracování mnohdy komplikovaných
obrazových struktur.
S využitím výše uvedených a řady
dalších investic a stávajícího technologického
vybavení budou rozvíjeny
následující oblasti:
ŘEŠENÍ SNIŽOVÁNÍ HLUKU
A VIBRACÍ STROJŮ A ZAŘÍZENÍ,
VIBROIZOLACE
K základním prostředkům ke snižování
emisí hluku a vibrací patří identifikace
jejich hlavních zdrojů měřením a analyzováním
dynamických vlastností mechanismů
a strojů. K tomu se používají
moderní metody strukturální dynamické
analýzy (pokročilé metody experimentální
modální analýzy, měření provozních
tvarů kmitů apod.). S výhodou
se využívají i výstupy z FEM modelů.
Současná mnohakanálová měření kinematických,
dynamických a akustických
veličin při ustálených i přechodových
stavech stroje umožňují analyzovat vzájemnou
souvislost hluku a vibrací, způsob
jejich šíření a jejich vztah k modálním
a dynamickým vlastnostem soustavy.
Pomocí experimentů se identifikují
materiálové i strukturální nelinearity
soustav. Na základě měření a analýz se
navrhují účinná opatření vedoucí nejen
ke snížení hluku a vibrací, ale často
i ke zvýšení výkonů, spolehlivosti a životnosti
a případně i k úsporám energie.
Mnohdy jedinou cestou k zabránění
šíření vibrací je odizolování jejich
hlavních zdrojů. Vibroizolace se týká
buď částí, nebo celých strojů a zařízení
a zahrnuje měření, analýzy, konstrukční
řešení a realizaci vhodných vibroizolačních
prvků. Vedle tradičních postupů se
budeme zabývat netradičními metodami
pasivního a aktivního tlumení, pohlcovači
kmitů využívajícími pasivní prvky
nebo aktuátory a přelaďováním soustav.
Pro vibroizolaci u zařízení s výrazně
proměnnými pracovními podmínkami
je vhodné řešit tlumicí prvky s nelineární
nebo s adaptivní přenosovou charakteristikou.
Pro řadu aplikací lze použít
nekonvenční vibroizolační prvky s piezoelektrickými
převodníky, které mají
řadu výhodných vlastností – jednoduchou
konstrukci, snímání i tlumení vibrací
v jediném piezoelementu, elektrické
řízení tuhosti nebo rekuperaci energie
kmitavého pohybu. Teoretické a konstrukční
práce se průběžně podporují
měřením působících sil a přenosových
a útlumových charakteristik soustav.
TECHNICKÁ DIAGNOSTIKA
STROJŮ
Technická diagnostika a optimalizace
údržby strojů a zařízení se stává
samostatným interdisciplinárním vědním
oborem. Je nezbytnou složkou tzv.
prediktivní a proaktivní údržby a přispívá
k bezporuchovému chodu výroby.
U složitých strojů se často prvky
diagnostiky zahrnují do jejich výbavy.
Na základě zkušeností a podle posledních
poznatků z teorie měření a zpracování
signálů se zaměříme na netradiční
autonomní zákaznická řešení technické
diagnostiky s prvky vyšší úrovně.
Spojením diagnostiky s akčními prvky
lze vytvářet adaptivní uzly, které mohou
automaticky upravovat provozní stav
stroje (např. vymezováním vůlí, tlumením
kmitů apod.). K tomu bude pracoviště
vybaveno diagnostickými analyzátory,
které s další univerzální programovatelnou
měřicí technikou představují
špičkové vybavení pro široké spektrum
diagnostických služeb.
Z hlediska oborové orientace se kromě
výše uvedených obecných problematik
CRSV zaměřujeme na speciální
měřicí úlohy u polygrafických, obráběcích
strojů, šicích a dopřádacích
textilních strojů, u dopravních prostředků
a u řady dalších výrobních
strojů. Špičková měřicí technika je
drahá, náročná na obsluhu a rychle
stárne. Proto je vhodné měřicí techniku
soustředit na specializovaném pracovišti
a zajistit její plné využití vyškolenými
odborníky. Bude tak k dispozici
i podnikům a ústavům vybaveným
výpočetní technikou pro verifikaci jimi
vytvořených matematických modelů
a výsledků. S výrobními podniky již
dlouhodobě spolupracujeme na zvyšování
parametrů, odstraňování nedostatků
a vývoji strojů.
V rámci rozvoje měřicích aktivit
CRSV předpokládáme další intenzivní
rozšiřování činností v následujících tematických
oblastech:
VÝZKUM NÁROČNÝCH MĚŘICÍCH
METOD A POSTUPŮ
Pro zvyšování odborné úrovně bude
dále rozvíjena teorie měření a hloubkových
analýz hlavně pro oblast točivých
strojů, kam patří měření a hodnocení
vlastností např. vačkových mechanismů,
převodovek, řemenových převodů,
torzních kmitů, řízených servopohonů,
dynamického vyvažování mechanismů
apod. Můžeme přitom navázat na naše
již vyvinuté, ověřené a používané postupy
a metody měření úhlů, úhlových
rychlostí a zrychlení, včetně přesných
diferenciálních měření s možností synchronního
zápisu průběhů dalších fyzikálních
veličin pro komplexní analýzy.
Rozvíjený systém umožňuje řádově
vyšší přesnost měření než je obvyklé.
Využívá recipročních metod a neekvidistantního
vzorkování. K tomuto přístupu
však nelze použít klasické teorie
zpracování diskrétních signálů a musejí
být odvozovány nové teoretické závěry.
Vedle toho se rozvíjejí i metody order-
-trackingu, Vold-Kalmanových filtrů
nebo analýzy úhlové rychlosti fázovou
demodulací pulzních signálů. Obdobně
se rozvíjejí měřicí metody a analýzy vedoucí
ke snižování vibrací a hluku strojů
a zařízení.
VÝZKUM A REALIZACE
SPECIÁLNÍCH SNÍMAČŮ
A MĚŘICÍCH ZAŘÍZENÍ
Nové vybavení umožní efektivnější
vývoj a realizici speciálních snímačů
a měřicích zařízení, které se na trhu nevyskytují
nebo svými parametry nevyhovují
pro potřebu řešených úkolů nebo
spolupracujících firem. Přitom můžeme
navázat na vyráběné unikátní snímače
a přístroje pro měření dynamických sil
útkových a osnovních nití, snímačů pro
měření délkové hmotnosti textilních pramenů
a roun a přístrojů pro precizní dynamická
měření úhlů, úhlových rychlostí
a zrychlení, momentů a dalších veličin.
VERIFIKACE MATEMATICKÝCH
MODELŮ STROJŮ A ZAŘÍZENÍ,
ZAJIŠŤOVÁNÍ VSTUPNÍCH DAT DO
VÝPOČETNÍCH MODELŮ
Matematické modelování a výpočetní
systémy (FEM, CAE a další) jsou ve vědě
a technice nenahraditelné. Výsledky
výpočtů se však u složitých systémů
často významně liší od skutečnosti.
Důvodem je, že se nedaří správně zadat
všechny parametry modelu a často se
volí i nevhodná zjednodušení. Proto se
výpočetní modely ověřují a ladí podle
výsledků měření na skutečných strojích
nebo na vhodně zjednodušených mechanických
modelech. Další možností
ke zpřesnění a zjednodušení výpočetních
systémů a modelů je nahrazení
části modelu změřenou veličinou, např.
průběhem úhlové rychlosti hnacího
hřídele stroje, průběhem působící síly
apod. To obvykle vede ke zrychlení
a zpřesnění výpočtu i ke snížení nákladů.
Uvedené postupy se uplatňují
zejména u náročných strojů s vysokou
přesností a dynamikou, např. u obráběcích
a polygrafických strojů.
Nové, pro oblast měření komplexně
řešené a vybavené pracoviště CRSV
je v České republice ojedinělé a předpokládáme,
že se stane významným
řešitelem úkolů pro mnoho firem nejen
z libereckého regionu. Výše uvedené
technologické možnosti a know-
-how specializovaných pracovníků
budou k dispozici stávajícím i novým
zákazníkům, kteří díky jejich využití
budou moci u svých výrobků a zařízení
získat konkurenční výhodu včetně
zajištění a splnění legislativních
požadavků v oblasti hluku a vibrací,
které vycházejí ze zpřísňujících se legislativních
nároků EU.
Ing. Petr Škop, CSc.
petr.skop@vuts.cz